JP2959711B2 - 電子ビーム描画方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームを
試料上で偏向制御し、ＬＳＩパターン等を描画する電子
ビーム描画方法および装置に関し、特に偏向信号のＳ／
Ｎ比を低下させることなく電子ビーム偏向制御回路を高
速化して、ウェーハ毎の処理時間を短縮できる電子ビー
ム描画方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置の単位時間当りの処
理能力（スループット）を向上するためには、電子ビー
ムの照射位置を決定する偏向制御回路の高速化が必要不
可欠である。その中でも、偏向器に所望の電圧もしくは
電流を供給する偏向信号増幅器（偏向アンプ）の応答速
度（スルーレート）を高速化して出力が所望の出力値の
規定精度範囲内に整定するまでの時間（セットリングタ
イム）を短縮することが特に重要である。何故ならば、
このセットリングタイムが長いと露光を行えない無駄時
間が増加し、露光周期（ショットサイクル）を低下させ
てしまうためである。ここで、セットリングタイムと
は、偏向アンプの出力信号の所望の電圧に到達するまで
立上り時間であって、１つの描画が終了すると次の描画
のために再度のセットリングタイムが必要となるため、
応答速度の高速化にはこの立上り時間の短縮化が必要で
ある（図２（ｄ）のｄｔ２参照）。

【０００３】このようにセットリングタイムの短縮のた
めには、応答速度が速いデバイスを作ることが最も効果
的な方法であるが、従来においては、コストや信頼性な
どの点から市販されているデバイスに高速化のための手
段を施して使用することが一般的に行われている。従
来、考案されている高速化の方法としては、例えば特開
平5-325857号公報や特開平5-326382号公報に記載の方法
のように、複数の増幅器を組み合わせ、それぞれの出力
を逐次切り替えて偏向信号とすることにより偏向アンプ
のセットリングタイムを露光時間に隠してしまうという
方法、つまり１つのアンプの出力が立上るまで前のアン
プを使用し、立上りが完了し所望の電圧が出力されてい
る間に次のアンプを立上げて、順次重複させる方法が用
いられる。また、別の方法としては、セットリングタイ
ムを短縮するように補正信号を生成し、偏向信号に加算
する方法が考案されている（例えば、特開平4-370637号
公報参照）。具体的には、偏向アンプ出力を微分するこ
とにより得られるパルス状の信号を加算することによ
り、立ち上がりまたは下がり部分の応答をより高速化す
るという方法、つまり微分することによりパルス状電圧
波形を発生させ、これを立上りまたは立下り波形の特に
滑らかな部分に加算して、全体的に急な勾配で直線的な
波形に変形させる方法である

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のうち、特に前者の方法、すなわち特開平5-325857号公
報や特開平5-326382号公報などに記載された方法では、
出力切り替え部におけるスイッチ回路の応答速度が遅く
なったり、切り替え時にノイズや振動が発生したりする
と、アナログスイッチのセットリングタイムが長くなっ
て、これが実際の偏向信号のセットリングタイムを決定
する主要因となってしまう。したがって、高速応答可能
な高精度アナログスイッチが必要となる。また、従来技
術の後者の方法、すなわち特開平4-370637号公報に記載
された微分信号補正方法は、偏向アンプ出力の微分信号
を偏向信号に加算することにより、立ち上がりまたは下
がり部分の応答をより高速化するというものであるが、
偏向アンプ出力の立ち上がりまたは下がり変化時の高周
波成分と同時に周波ノイズ成分も抽出され偏向信号に加
算されてしまい、偏向信号のS/N比が低下してしまうと
いう問題があった。そこで本発明の目的は、これら従来
の課題を解決し、偏向信号のＳ／Ｎ比を向上させながら
偏向制御を高速化して、ウェーハ毎の処理時間の短縮
と、描画装置のスループットの向上と、半導体デバイス
の短期間での製造を可能にする電子ビーム描画装置およ
び方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電子ビーム描画装置では、ディジタル・ア
ナログ変換器（DAC）の出力信号と電荷粒子を偏向する
偏向アンプの出力信号との差分信号を抽出し、これを偏
向アンプの出力信号に加算することにより、立上り波形
の補正を行う。すなわち、デジタル・アナログ変換器の
セットリングタイムは偏向アンプのセットリングタイム
と比較して十分に早く、偏向アンプ出力に対してディジ
タル・アナログ変換器の出力は理想的な矩形波信号とし
て扱うことが可能である。したがって、本願発明では、
上記の点に着目して、偏向アンプ出力とデジタル・アナ
ログ変換器の出力との差信号をセットリングタイムを短
縮するための補正信号としている。その結果、従来のよ
うに、偏向信号のＳ／Ｎ比を低下させることがないとい
う利点がある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す
電子ビーム描画装置の要部構成図である。図１におい
て、１０１は電子ビーム鏡体、１０７はデジタル・アナ
ログ変換器、１０９は偏向器１０４に加える信号を増幅
する増幅部、１１０は本発明により新たに設けられた補
正信号生成部、１１３は補正信号生成部１１０で生成さ
れた補正信号を増幅部の出力に加算するための加算部で
ある。このように、本発明では、従来方法のように高周
波信号を微分する等の技術を用することなく、補正信号
としてデジタル・アナログ変換器の出力と増幅部アンプ
の出力の差分を抽出する方法を用いているので、偏向信
号のＳ／Ｎ比を低下させることがない。電子ビーム鏡体
１０１では、電子銃１０２から電子ビーム１０３を半導
体ウェハ等の試料１０５に照射して、ＬＳＩ等のデバイ
スを製造する。１０４は、電子ビームに偏向を与える偏
向器である。この偏向器１０４に加える偏向信号１１７
をデバイス毎に所望の出力値に高速で立上らせるため
に、先ずビーム偏向データ（ＤＥＦ）１０６をクロック
１１４とともにデジタル・アナログ変換器１０７に与え
る。このビーム偏向データ１０６は、電子ビーム１０３
を試料１０５上の所望の位置に位置決めするためのもの
である。ビーム偏向データ１０６は、デジタル・アナロ
グ変換器１０７によりアナログ電圧信号１０８に変換さ
れる。

【０００７】このとき、アナログ電圧信号１０８が初期
状態Viから終状態Vfに立上るために要する時間（整定時
間）、すなわちデジタル・アナログ変換器１０７のセッ
トリングタイムは、デジタル・アナログ変換器１０７に
与えられる変換開始クロック１１４を基準としてdt1
（秒）である（図２（ｃ）参照）。次に、アナログ電圧
信号１０８は、増幅部１０９により電子ビーム１０３を
偏向器１０４で所望の距離だけ偏向するために必要な電
圧または電流値にまで増幅される。このとき、増幅部１
０９の出力が初期状態Vampiから終状態Vampfに立上るた
めに要する時間（整定時間）は、増幅部１０９内のアン
プのセットリングタイムによって決定される。これは、
変換開始クロック１１４を基準としてdt２（秒）（図２
（ｄ）参照）である。

【０００８】図１において、補正信号生成部１１０は、
差分抽出回路１１１と振幅設定回路１１２から構成され
ており、先ず差分抽出回路１１１ではデジタル・アナロ
グ変換器１０７のアナログ出力１０８と増幅部１０９の
出力１１６とを減算して、その差分を抽出する。次に、
振幅設定回路１１２では、差分抽出回路１１１の出力を
受け取って、その差分の振幅を設定する。このように、
補正信号生成部１１０においては、これら２つの信号か
ら応答性を補正するための補正信号１１５を生成する。
デジタル・アナログ変換器１０７のセットリングタイム
dt１と増幅部１０９内のアンプのセットリングタイムdt
２の間にはdt１＜dt２が成り立つので（図２（ｃ），
（ｄ）参照）、増幅部１０９内のアンプに対してデジタ
ル・アナログ変換器１０７の出力信号は理想矩型波信号
とみなすことができる。したがって、アナログ電圧信号
１０８と増幅部１０９の出力信号の差成分は理想応答性
からのずれ量を示し、増幅部１０９の応答性を理想的に
するための補正信号として扱うことができる。実際に
は、増幅部１０９のアンプで増幅した分だけ増幅部１０
９の出力信号の方が振幅が大きいので、元の信号に戻し
て差をとる。ここで生成された補正信号１１５は、加算
部１１３において、増幅部出力信号１１６に加算され
る。以上のようにして、応答性補正がなされた偏向信号
１１７は電子ビーム鏡体１０１の偏向器１０４に供給さ
れる。

【０００９】図２は、図１における各部の信号波形の動
作タイムチャートである。図２の（a）はデジタル・ア
ナログ変換器１０７に供給される偏向データ１０６、
（b）はデジタル・アナログ変換器１０７に対する変換
開始クロック信号１１４、（c）はデジタル・アナログ
変換器１０７の出力のアナログ電圧信号１０８、（d）
は増幅部１０９内のアンプの出力信号１１６、（e）は
生成された補正信号１１５、（f）は補正された偏向信
号１１７である。偏向データ（a）の切り替わりから時
間dt０の後に、デジタル・アナログ変換器１０７に対し
て変換開始クロック信号（b）が与えられる。デジタル
・アナログ変換器１０７のアナログ電圧信号（c）は、
変換開始クロック信号（b）の立上りを基準としてdt１
後に、偏向データ（a）に対応する電圧Vfに整定する。
偏向アンプ１０９の出力信号（d）は、変換開始クロッ
ク信号（b）の立上り時刻を基準としてdt2後に所望の電
圧Vampfに整定する。この時間dt2が増幅部１０９のアン
プ出力１１６の本来の立上り時間であって、これではセ
ットリングタイムが長過ぎるため、高速化が必要とな
る。ここで、デジタル・アナログ変換器１０７のアナロ
グ電圧信号（c）と増幅部１０９内のアンプの出力信号
（d）の振幅をあわせて差をとることにより、補正信号
（e）が生成される。この補正信号（e）は、増幅部内ア
ンプの出力信号（d）に加算される。この結果、偏向信
号のセットリングタイムは、補正前がdt2であるのに対
し補正後はdt3に短縮される。

【００１０】（具体例１）図３は、本発明の図１を実現
するための具体例を示す図である。デジタル・アナログ
変換器３０４は図１の１０７に、アンプａ３０１は図１
の１０９に、アンプｂ３０２は図１の補正信号生成部１
１０に、アンプｃ３０３は図１の加算部１１３に、それ
ぞれ対応している。デジタル・アナログ変換器３０４は
出力電圧振幅±1V、セットリングタイム（tset）３０ns
ecである。アンプ（AMPa）３０１、（AMPb）３０２、
（AMPc）３０３は、この場合全て同一の規格であって、
出力電圧振幅±１０V、セットリングタイム１５０nsec
である。各抵抗Ｒ１〜Ｒ１０（単位はΩ）およびコンデ
ンサＣ１（単位はpF）は図に示す通りの値を備えてい
る。先ず、電子ビームを試料上の所望の位置に位置決め
するためのビーム偏向データ３００がデジタル・アナロ
グ変換器３０４に与えられる。デジタル・アナログ変換
器３０４により、偏向データ３００は電圧信号３０５に
変換される。このとき、電圧信号３０５は変換開始から
３０nsecで目標出力電圧値に整定する。

【００１１】次に、電圧信号３０５は、アンプ（AMPa）
３０１により必要な電圧値まで増幅される。この例の場
合、増幅率は１０倍であり、最大出力が±１０Vとな
る。アンプ（AMPa）３０１の増幅出力信号３０６は、１
５０nsecで目標出力電圧値に整定する。次に、電圧信号
３０５と、増幅出力信号３０６を抵抗Ｒ４、Ｒ５により
分圧した分圧信号３０８をアンプ（AMPb）３０２におい
て加算する。この場合、電圧信号３０５の極性と分圧信
号３０８の極性は反転しているため、アンプ（AMPb）３
０２の出力においては両信号の差成分、つまり応答性補
正信号３０７が得られる。得られた応答性補正信号３０
７は、最終段のアンプ（AMPc）３０３において増幅出力
信号３０６に加算される。ここでは、抵抗Ｒ９の値を適
当に設定することにより、応答性補正信号３０７と増幅
出力信号３０６の加算比を最適化している。シミュレー
ションでは、以上のようにして応答性補正を行った結
果、偏向信号３０９のセットリングタイムは８０nsecに
短縮された。

【００１２】（具体例２）図４は、本発明の方法を用い
て半導体デバイスを製造する場合の製造過程を説明する
図である。先ず、Ｎマイナスシリコンウエーハ５０１に
通常の方法でＰウエル層５０２、Ｐ層５０３、フィール
ド酸化膜５０４、多結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲー
ト５０５、Ｐ高濃度拡散層５０６、Ｎ高濃度拡散層５０
７、などを形成した（図４（a）参照）。次に、通常の
方法でリンガラス（ＰＳＧ）の絶縁膜５０８を被着し
た。さらに、その上にフォトレジスト５０９を塗布した
（図４（b）参照）。この状態のウエーハに対して、本
発明の電子ビーム描画装置によりコンタクトホールの加
工をおこなった。所望の大きさに成形された断面を持つ
電子ビーム５１０をコンタクトホールを形成すべき位置
に順次偏向し、露光をおこなった。この実施例の場合、
Ha、Hb、Hc、Hdの順に露光した（図４（c）参照）。本
発明の電子ビーム描画装置では、偏向器に偏向電圧（電
流）を与える偏向アンプのセットリングタイムが補正に
より従来よりも短くなっている。したがって、露光サイ
クルが短縮され、ウエーハ毎の処理時間を短縮すること
ができた。この後、現像処理をおこなった結果、図４
（d）に示すようにホールパターン５１１が形成され
た。以上に示したように、本発明の電子ビーム描画装置
においては電子ビームの偏向制御が高速化されるため、
ウエーハ毎の処理時間を短縮できた。したがって、ＬＳ
Ｉを短期間で製造することが出来た。

【００１３】

【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば、
電子ビーム描画装置における電子ビームの偏向制御が高
速化されるため、偏向信号のＳ／Ｎ比を低下させること
なくウエーハ毎の処理時間が短縮され、電子ビーム描画
装置のスループットが向上する。したがって、ＬＳＩな
どを短期間で製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電子ビーム描画装置の
要部構成図である。

【図２】図１における各部の信号の動作タイムチャート
である。

【図３】図１における具体例を示す回路図である。

【図４】本発明の電子ビーム描画方法を用いて半導体デ
バイスを製造する場合の順序説明図である。

【符号の説明】

101…電子ビーム鏡体、102…電子銃、103…電子ビー
ム、104…偏向器、105…試料、106…偏向データ、107…
デジタル・アナログ変換器（DAC）、108…アナログ電圧
信号、109…増幅部、110…補正信号生成部、111…差分
抽出、112…振幅設定、113…加算部、114…変換開始ク
ロック、115…補正信号、116…増幅部出力信号、117…
偏向信号、301…アンプ（AMPa）、302…アンプ（AMPb）、
303…アンプ（AMPc）、305…電圧信号、304…デジタル
・アナログ変換器（DAC）、306…増幅出力信号、307…
応答性補正信号、308…分圧信号、309…偏向信号、502
…Pウエル層、503…Ｐ層、501…Ｎマイナスシリコンウ
エーハ、504…フィールド酸化膜、505…多結晶シリコン
／シリコン酸化膜ゲート、506…Ｐ高濃度拡散層、507…
Ｎ高濃度拡散層、508…リンガラス（ＰＳＧ）の絶縁
膜、509…フォトレジスト、510…電子ビーム、511…ホ
ールパターン。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタルデータをディジタル・アナログ
   変換器により電圧または電流信号に変換し、さらに増幅
   器により所望の大きさに増幅した該信号を静電または電
   磁偏向器に偏向信号として印加することにより荷電粒子
   を偏向し、照射位置決めを行う電子ビーム描画方法にお
   いて、 前記ディジタル・アナログ変換器の出力信号と前記増幅
   器の出力信号の差分信号を抽出するステップと、 該差分信号を前記増幅器の出力信号に加算し、これを偏
   向信号とするステップとを有することを特徴とする電子
   ビーム描画方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子ビーム描画方法に
   おいて、 前記差分信号の振幅が、前記増幅器の出力整定時間を最
   も短くするように最適に設定されることを特徴とする電
   子ビーム描画方法。
3. 【請求項３】 デジタルデータを電圧または電流信号に
   変換するディジタル・アナログ変換器と、変換された電
   圧または電流信号を増幅する増幅器と、増幅された電圧
   または電流信号を静電または電磁偏向器に偏向信号とし
   て印加することにより電子ビームを偏向し、試料に照射
   位置決めを行い、露光する電子ビーム描画装置におい
   て、 前記ディジタル・アナログ変換器の出力信号と前記増幅
   器の出力信号の差分信号を抽出する補正信号生成部と、 該差分信号を前記増幅器の出力信号に加算し、これを偏
   向信号とする加算部とを備えることを特徴とする電子ビ
   ーム描画装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電子ビーム描画装置に
   おいて、 前記差分信号を抽出する際の前記増幅器の出力信号の振
   幅を、前記ディジタル・アナログ変換器の出力信号の振
   幅と等しくなるように、前記増幅器の出力信号を分圧す
   るための分圧器を備えたことを特徴とする電子ビーム描
   画装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の電子ビーム描画装置に
   おいて、 前記差分信号を前記増幅器の出力信号に加算する際に、
   該差分信号と該増幅器出力信号の加算比を最適化するた
   め、該差分信号の振幅を所定値に設定する抵抗器を備え
   ることを特徴とする電子ビーム描画装置。
6. 【請求項６】 デジタルデータをディジタル・アナログ
   変換器により電圧または電流信号に変換し、さらに該電
   圧または電流信号を増幅器により所望の大きさに増幅
   し、増幅された該信号を静電または電磁偏向器に偏向信
   号として印加して電子ビームを偏向して照射位置決めを
   行い、露光を行う電子ビーム描画方法により製造される
   半導体デバイスにおいて、 前記ディジタル・アナログ変換器の出力信号と前記増幅
   器の出力信号の差分信号を抽出し、該差分信号を前記増
   幅器の出力信号に加算し、加算された信号を上記静電ま
   たは電磁偏向器の偏向信号とすることにより製造される
   ことを特徴とする半導体デバイス。